一个多世纪以来，物理学家不断追问同一个问题：时间究竟是宇宙最基本的组成部分，还是某种更深层规律产生的结果？
但据《新科学家》（New Scientist）报道，一项发表于《物理评论研究》（Physical Review Research）的研究显示：
一个由2万个超冷原子构成的“玩具宇宙”给出了耐人寻味的答案：
如果什么都不发生，时间或许根本不存在；
而当量子相互作用开始出现，时间才随之诞生。
本文2500多字，目录如下：
发表于《物理评论研究》（Physical Review Research）的研究截图
一项由超冷原子构成的“玩具宇宙”实验显示，时间的流逝或许并不是宇宙天然存在的背景，而是从不同部分之间的量子相互作用中涌现出来的。这项研究或许能为理解真实宇宙中的时间本质提供新的线索。
1.
“玩具宇宙”引出的时间思考
英国伯明翰大学物理学家乔瓦尼·巴龙蒂尼（Giovanni Barontini）开始认真思考时间问题，源于一次陪伴儿子玩耍的经历。
当时，他6岁的儿子正在搭建属于自己的小世界。
“他正在创造一个属于自己的小宇宙，而我突然意识到，这其实和我们在实验室里做的事情非常相似。”巴龙蒂尼说，“我们也会构建由超冷原子组成的系统。”
但很快，他又产生了另一个想法。
“这样的宇宙其实有点无聊，因为里面几乎没有任何事情发生。如果什么都没有发生，那就好像时间根本没有流逝一样。”
这个看似简单的问题，触及了现代物理学中最深刻的谜题之一：时间究竟是真实存在的，还是只是某种更深层物理过程产生的表象？
2.
一个最初没有时间的“宇宙”
为了研究这个问题，巴龙蒂尼和同事利用激光和电磁场，将约2万个铷原子冷却到接近绝对零度的温度。
随后，他们将这些原子组成的“玩具宇宙”划分成两个区域：
“明亮区”
“黑暗区”
这一设计借鉴了宇宙学中可见物质与暗物质的概念。
在实验开始时，这个微型宇宙本质上是静止且不变的。
没有明显的演化过程。
没有事件发生。
从某种意义上说，也就没有时间。
随后，研究人员利用激光操控两个区域之间的原子交换，使它们开始发生量子层面的相互作用。
而这一步骤改变了一项关键物理量——熵。
3.
熵的增长，创造了时间
熵通常被理解为系统的无序程度。
在现实宇宙中，一个广泛接受的观点是：
时间总是沿着熵增加的方向前进。
例如：
冰块会融化，但融化后的水不会自发恢复成冰块；
鸡蛋会打碎，但碎蛋壳不会自动重新组合成完整鸡蛋。
这种不可逆过程构成了我们对“时间流逝”的直观感受。
当玩具宇宙中的两个区域开始交换原子后，系统的熵发生变化。
于是，研究人员得以为这个原本静止的宇宙定义一种“内部时间”。
更重要的是，他们发现这种内部时间不仅仅是一个抽象概念。
研究团队将其代入描述量子系统演化的薛定谔方程中，并计算原子的量子态演化。
最终得到的理论结果与实验观测结果吻合。
换句话说，在这个微型宇宙中，由量子相互作用产生的时间概念，足以解释系统的实际演化过程。
4.
时间或并非基本存在
事实上，将时间视为某种涌现现象，而非宇宙的基本组成部分，并不是一个全新的想法。
早在20世纪30年代，英国物理学家内维尔·莫特（Nevill Mott）就在原子物理学领域提出过类似观点。
按照这一思路：
时间并非预先存在，而是来自量子关联或量子相互作用。
此后几十年间，这一思想主要停留在理论研究层面。
直到2013年，意大利国家计量研究院研究人员马尔科·热诺维塞（Marco Genovese）及其同事首次利用纠缠光子实验，展示了这一思想在实验上具有可行性。
在那项实验中，人们同样发现，对时间的感知能够从量子关联中产生。
5.
超冷原子宇宙带来新进展
热诺维塞认为，新研究在此前工作的基础上迈出了重要一步。
他说：
“这项工作进一步拓展了这一思想，并取得了一些重要进展。”
与利用光子构建的系统相比，巴龙蒂尼创造的超冷原子宇宙更加复杂。
更关键的是，研究团队首次成功将系统内部产生的时间直接用于薛定谔方程的计算。
此前的实验尚未做到这一点。
6.
量子引力谜题的一块拼图
德国科隆大学物理学家克劳斯·基弗（Claus Kiefer）认为，这项实验与现代物理学最大的未解问题之一密切相关。
这个问题就是：
如何将引力理论与量子理论统一到同一个框架之中。
目前，人类仍然没有找到能够同时适用于所有尺度的完整理论。
一些物理学家曾提出，在这样的终极理论中，时间或许根本不存在于最基础层面。
基弗认为，这项新实验在一定程度上模拟了这种情景。
不过，他也指出，两者之间仍存在明显差异。
例如，在实验中，超冷原子虽然会在两个区域之间移动，但它们并没有发生真实宇宙中预期的那些复杂相互作用。
因此，这种玩具宇宙只能算是一种近似模拟，而非真实宇宙的完整缩影。
7.
无法证明，但或带来启发
法国艾克斯-马赛大学理论物理学家卡洛·罗韦利（Carlo Rovelli）则持更谨慎的态度。
他认为，这类实验本身并不能真正发现关于时间的新事实。
原因在于，它们是建立在研究人员已经理解的物理规律之上的。
因此，实验结果在某种程度上已经被实验设计所预设。
不过，罗韦利同时强调，这并不意味着这些研究没有价值。
在他看来，这些实验能够作为大型开放问题的模拟平台，为研究那些尚未被理解的物理现象提供灵感。
其中最典型的例子，就是长期困扰理论物理学界的量子引力问题。
8.
这不是最终答案
对于巴龙蒂尼而言，这项研究更像是对长期存在的一类理论思想的实验验证。
它表明，这些观点并没有被排除出科学讨论的范围。
但他也强调：
这并不意味着研究已经证明时间在所有尺度上都以这种方式运作。
换言之，这项实验并没有证明现实宇宙中的时间就是一种量子幻觉。
它只是表明，在一个受控的量子系统中，这种可能性确实能够成立。
9.
把“黑洞”放进微型宇宙
巴龙蒂尼预计，研究真实宇宙的宇宙学家很可能会对这项工作提出各种质疑。
毕竟，实验室中的玩具模型与真实宇宙之间仍存在巨大差距。
但他并不打算停下来。
接下来，他希望继续扩展这个超冷原子构成的“微型宇宙”。
其中一个设想是利用激光制造特殊区域，使原子无法逃离。
这种结构将模拟黑洞强大的引力束缚效应。
如果成功实现，这个微型宇宙或许能够进一步帮助研究人员探索时间、引力以及量子世界之间更加深层的联系。
参考文献：
"Toy universe shows that time could be a quantum illusion" by Karmela Padavic-Callaghan, New Scientist, Published 11 June 2026 本文头图来源：量子号
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